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《大连理工大学》 2002年
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电磁力对金属熔体驱动与运动形态控制的研究

王晓东  
【摘要】: 对熔融金属的电磁驱动、控制是材料电磁过程的关键技术之一。研究电磁力对金属液的驱动、控制作用,一方面,可以提高、改善连铸坯的质量,增加等轴晶率,减少偏析,减少含气量和非金属夹杂,得到组织均质细化、缺陷少的连铸坯;另一方面,可以改进和革新连铸操作。以往的研究往往侧重于单方面,如:电磁驱动(如电磁搅拌技术)或电磁控制(如电磁制动、电磁成型、电磁悬浮等),将电磁驱动和控制技术结合起来往往能起到上述两方面的作用;而且电磁力场的可设计更能体现电磁技术在材料制备过程中的能动作用。开发新的综合电磁驱动控制手段是提高科技含量、提高连铸质量和效率的重要方面。 电磁驱控技术越来越得到国家科技部门的重视。作者参与了国家自然科学基金重大项目“电磁场作用下金属熔体成形及凝固基础研究”;国家科技部重大基础研究项目“电磁力对连铸坯细化、均质化和洁净化影响” 和国家跨世纪优秀人才培养计划“材料电磁成型与电磁加工”等研究课题,并以此为题完成了博士学位论文。 基于Maxwell电磁场理论,采用数值模拟和实验相结合的方法,对两相两极对和三相三极对极电磁搅拌器两种电流输入方式下产生磁场的进行了分析,并考察了旋转磁场的移动形态。对频率、磁轭的形状、尺寸进行了优化。上述研究的目的是为了开发节能、高效的电磁驱动设备打下理论基础。 通过激光传感器测位的办法研究了液面的运动规律,作了两方面的工作: (1)提出了工频下间断电磁场技术,并开发了比例电源,分析了旋转磁场在金属液面产生波的属性,讨论了间断频率与熔体流速场之间的响应关系,考察了间断磁场的间断频率、导通和截止时间对液面波动的影响规律; (2)弯月面形状和波动的研究对指导连铸冶金操作具有重要意义,利用激光传感器实时监测了弯月形状和波动,为电磁力和弯月面之间建立定量和实时监控关系奠定基础。 以永磁材料为工作磁体的运动磁场在熔融金属中产生电磁力,对金属熔体进行驱动控制的方法开辟了材料电磁加工的新技术。本文研究了两种永磁磁场:永磁行波磁场;双系统旋转磁场。 提出了永磁行波磁场驱动技术,设计了永磁行波驱动器。通过理论解析的方法分析了行波磁场产生的磁力,得到了磁力分量F_x,F_y的解析表达式,并通过实验观测到了磁驱动力,施加行波磁场对凝固组织具有明显的均质细化作用。 设计制造采用永磁体的双磁力驱动控制器,合理调节上、下磁驱动器的旋转速度可改善弯月面形状,平抑液面波动,搅拌内部熔体的作用;施加双磁驱动可得到凝固壳 摘 要 均匀、组织细化的凝固组织。 利用低熔点合金模拟连铸末端金属凝固条件,研究了电磁驱动力对铸坯凝固进程 的影响机制,通过边界层和特征固相率分析了电磁驱动力对温度场、凝固速率的影响, 实验分析表明:施加电磁场时的凝固机制有别于未施加磁场时的,提出了新的凝固机制。 在此基础上探讨了电磁场作用下连铸末端金属凝固的补缩机理,并进行了钢的电磁搅拌 实验。
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2002
【分类号】:TG249

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【引证文献】
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【参考文献】
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【同被引文献】
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10 郝雪莉;永磁电动机电磁振动噪声的计算分析研究[D];沈阳工业大学;2010年
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